在細(xì)胞內(nèi)部，一些生物大分子（如蛋白質(zhì)、核酸等）能夠自發(fā)地通過(guò)液-液相分離形成聚集的液滴，這一過(guò)程與多種生理活動(dòng)和疾病機(jī)制息息相關(guān)。這些液滴被稱為生物分子凝聚體，能夠有效地招募和保留細(xì)胞內(nèi)特定分子，并展現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化的特性。盡管液-液相分離在生理活動(dòng)中的重要性已被廣泛研究，但其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用仍有待深入探索與發(fā)掘。近日，浙江大學(xué)藥學(xué)院、金華研究院和先進(jìn)藥物遞釋系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的顧臻教授、李洪軍研究員與上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院、上海市腫瘤研究所劉培峰教授團(tuán)隊(duì)在 Nature Biomedical Engineering 期刊發(fā)表了題為“ In situ formation of biomolecular condensates as intracellular drug reservoirs for augmenting chemotherapy”的研究論文，通過(guò)原位調(diào)控液-液相分離形成的生物分子凝聚體構(gòu)建細(xì)胞內(nèi)藥物緩控釋儲(chǔ)庫(kù)，用于化療藥物的長(zhǎng)效富集和保留，在動(dòng)物模型上驗(yàn)證了其針對(duì)耐藥腫瘤的良好的治療效果（圖1）。圖1. 基于生物分子凝聚體的細(xì)胞內(nèi)藥物儲(chǔ)庫(kù)示意圖研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，帶正電的組蛋白與攜帶抗癌藥物阿霉素的DNA在體外通過(guò)液-液相分離形成生物分子凝聚體（圖2a和2b）。這些凝聚體具有自發(fā)融合的特性，且容易受到環(huán)境參數(shù)影響，導(dǎo)致其作為藥物制劑時(shí)存在不均一性和不穩(wěn)定性的問(wèn)題（圖2c）。因此，研究團(tuán)隊(duì)引入了反式-環(huán)辛烯 (TCO) 和四嗪 (Tz)之間的生物正交點(diǎn)擊-釋放反應(yīng)，使組蛋白與DNA形成偶聯(lián)物（2E-conjugate），屏蔽了其相分離能力。在進(jìn)入細(xì)胞后，2E-conjugate逐漸解離釋放出游離的組蛋白和DNA，恢復(fù)其相分離能力，進(jìn)而在胞內(nèi)形成基于凝聚體的藥物儲(chǔ)庫(kù)。該藥物庫(kù)能夠主動(dòng)吸附和保留藥物分子，并通過(guò)凝聚體的融合增加尺寸，滯留在細(xì)胞內(nèi)，抑制耐藥腫瘤細(xì)胞通過(guò)藥物外排泵將藥物排出，從而維持有效劑量，提高療效（圖2d）。與臨床批準(zhǔn)使用的脂質(zhì)體基納米藥物Doxil相比，基于凝聚體的藥物儲(chǔ)庫(kù)在小鼠模型中更有效地抑制了腫瘤生長(zhǎng)（圖2e）。圖2. 藥物儲(chǔ)庫(kù)的構(gòu)建及其針對(duì)耐藥腫瘤的治療效果該研究結(jié)合了液-液相分離的組分富集與融合優(yōu)勢(shì)，采用點(diǎn)擊-釋放反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了液液相分離凝聚體形成的時(shí)間和空間控制，為細(xì)胞內(nèi)藥物儲(chǔ)庫(kù)的構(gòu)建提供了新方案，并在耐藥腫瘤模型中顯示出顯著療效。這一方法拓寬了液-液相分離的體內(nèi)應(yīng)用，為用化學(xué)生物學(xué)手段解決臨床問(wèn)題提供了新的思路。浙江大學(xué)藥學(xué)院博士后梁亭西子及蘇州科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院青年教師董予翔為論文共同第一作者，浙江大學(xué)藥學(xué)院顧臻教授、李洪軍研究員及上海市腫瘤研究所劉培峰教授為論文共同通訊作者。Liang, T., Dong, Y., Cheng, I. et al. In situ formation of biomolecular condensates as intracellular drug reservoirs for augmenting chemotherapy. Nat. Biomed. Eng (2024). https://doi.org/10.1038/s41551-024-01254-y
